Ғылым министірлігі
жүктеу/скачать 466,74 Kb.
|
|
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ СӨЖ Тақырыбы: Фуллерендер және көміртекті нанотүтікшелер Оқытушы: Діністанова Балауса Қанатбайқызы Студент: Бекберген Диана Бақытжанқызы Алматы, 2023 ж. Жоспар: Кіріспе Фуллереннің ашылуы Фуллерендердің және олардың кристалдарының құрылымы мен қасиеттері Қорытынды (Фуллерендердің қолданылуы) 2.1 Қолданылған әдебиеттер Кіріспе Фуллереннің ашылуы Фуллерендердің ашылуының өз тарихы бар екенің атап өту керек: 60 атомдардан тұратын көмiртектiң бар болуы мүмкіндігін Жапонияда 1971 жылы болады деген және Ресейде 1973 жылы теория жағынан дәлелденді. Бiрақ, оның болуы тұралы ешқандай дәлелдерi болмады. Фуллереннің ашылуы жұлдыз аралық кеңiстiктегi материяның табиғатын зерттеу нәтижелерінің белгілі дәрежеде кездейсоқ жағдай болып табылды. Олар жұлдыздар аралық кеңiстiкте жайласқан заттың кіші бөлшектерiнiң жарықты жұтылуын зерттеуге арналған. Жұлдыздардың жарықтығы ғарыш кеңiстiгi арқылы өткенде оның қарқындығы азаяды. Бұл оптикалық жұтылу құбылысы деп аталады және жарықтың жұлдыз аралық шаңдарынан шашырауы және жұтылуы салдарынан болады. Бұндай зерттеулер нәтіжесінде ультра күлгін диапазонында толқын ұзындықтары 220 нм болғанда жұтылу жоғарлайды (бұл квант энергиясының 5,6 эВ сәйкес). Бұл жұтылу графиттің гипотетикалық кіші бөлшектерінде жарықтың жұтылуына жазылды. Суретте жарықтың жұтылу қарқындылығының фотон энергиясына тәуелділігі көрсетілген. Бұл 220 нм аймағында оптикалық жұтылуды түсіндіру астрономдар арасында жалпы қабылданған болып саналды. Жұлдыз сәулесінің оптикалық спектрі 5,6 эВ жұтылушыңы жұлдыз аралық шаңдардағы С60 молекулаларында жұтылуы есебінен пайда болады Аризонуниверситетінен Д. Хаффман және Гейдельбергтегі М. Планкатындағы Ядролық физика институтыннан В. Кретчмер, бұлт үсінулерге қанағаттанбай бұл сұрақты терең зерттеуге шешім қабылдады. Гелий атмосферасындағы екi графит электродтарының арасындағы электрдоғасы көмегiмен, олар күйенiң өте ұсақ бөлшектерiн жасады және оларды кварцтық шыныдан жасалған пластинкалардың бетіне тұндырды. Әртүрлi спектроскопиялы қәдiстердiңкөмегiменоларграфиттiңбелгiлi спектр сызықтарын байқады, соныменбiргеИҚ- диапозонында төрт қосымша сызықты тапты, олардың келіпшығуы графитпен байланысты емес. Хаффман және Кретчмердің таңдалуына орай бұл байқалған тұндырылған графит затының төрт жутылу жолағы С60 молекуласы үшiн болжанған сызықтарына жақсы сәйкес келді. Фуллеренді ашуға әртүрлі әдістерді қолдана отырып басқада зерттеушілер тобы жақындай түсті. Англиядағы Суссекс университетінен Х. Крото космологиялық зерттеулермен шұғылданып космос кеңістегіндегі ұзын сызықты көміртек молекулаларын зерттеді. Оны бұндай молекулалардың келіп шығуы қызықтырды және ол фуллерендер кызыл алыптар деп аталатын жұдыздардың сыртқы атмосферасында пайда болуын болжады. Бұл болжауды (гипотеза) тексеру үшін Х. Крото жұлдыздар атмосферасының сыртқы бөлімдеріндегі шарттарды, онда сызықты көміртек тізбегінің пайда болу мүмкіндігін нақтылау үшін зертханалық жағдайды жасауды алдына мақсат етіп қойды. Жоғарғы энергиялы лазерлік импульстар шарттарына ұқсас және қызыл алыптардың сыртқы қабаттарында көміртектің ыстық буы болатынын Х. Крото білді. Х. Крото жоғарғы энергия лазерлік имппульстардың көмегімен атомдық кіші кластерін алу үшін қондырғысын (4.2 сурет) жасаған Р. Смоллимен (Хьюстондегі Райсуниверситетінің профессоры) байланысты. Беттен металдардың нанобөлшектерін атомдарды лазерлік буландырумен алу қондырғысы. Бұл тәжірібеде графиттік диск жоғары қарқынды лазерлік сәулемен кыздыру арқылы көміртекті буландырды. Буларды гелийдің газ тәрізді ағынымен ілестіріп және камерадан кіші саңылауарқылы шығарылды. Газдың кеңеюі буларды суытты және олар кластерлер түрінде конденсирленді. Бұл кластерлер ағыны масс-спектрометрге бағытталды. Масс-спектрометр бөлшектердің 720 массалық санын тіркеді. Басқаша айтқанда бұл әрбір массасы 12 а.б. (атомдық бірлік) болған көміртектің 60 атомынан тұратын бөлшектер еді. С60 молекуларының бар болуына дәлелдер табылды. Бұл 1985 жылы болған еді және зерттеулермен ғалымдар Роберт Керл, Харольд Крото, Ричард Смолли, Хит және О’Брайенлер айналысты. 1.2 Фуллерендердің және олардың кристалдарының құрылымы мен қасиеттері. С70 молекуласы үшiн созылған эллипсоид формасындағы құрылым ұсынылды. Бұл молекулярлық қосылыстар инженер және дизайнер Ричард Бакминстер Фуллер құрметіне фуллерендер деп аталды, оның геодезиялық конструкциялары осы принцип бойынша құрастырылған. 1996 жылы фуллерендерді ашқаны үшін Крото, Смолли және Керлуға химия саласы бойынша Нобель сыйлығы берілді. Фуллерендердің молекулаларында көміртек атомдары дұрыс алты және бес бұрыштардың басында орналасқан, олардан сфераның және эллипсоидтың беттері құрастырылған. Ең симметриялы және айтарлықтай толық зерттелген фуллерендер үйірінің өкілі – фуллерен C60 болып саналады, 20 алтыбұрыштардан және 12 бес бұрыштардан түзілген болып ол футбол тобын еске түсіреді. C60 молекуласындағы С-С байланысының барлығы бірдей ұзындыққа ие болмайды. Екi алты бұрыштар үшiн ортақ тарап болатын С=С байланысының ұзындығы 1.39 Å құрайды, ал алты және бес бұрыш үшiн ортақ С-С байланысының ұзындығы ұзындау және 1.44 Å тең. Бұдан басқа, бiрiншi түрдiң байланысы екi еселік, ал екiншiсінікі дара - бұл С60-нiң фуллереннің химиясы үшiн айтарлықтай. Көп таралуы бойынша келесi C70фуллерені болып табылады. C60 фуллереннен айырмашылығы: C60экваториалдық облысқа белдiкке 10 көміртек атомдарын орналастыру арқылы алынады. Жоғары фуллерендер деп аталатын, құрамында көміртектің көп атомы (400-ге дейін) барлары аз мөлшерде пайда болады және жиі айтарлықтай күрделі изомерлік құрамға ие. Өте көп талқыланылған жоғарғы фуллерендердің арасында Cn, n=74, 76, 78, 80, 82 және 84 атап көрсетуғе болады. Қазіргі кезде фуллерендерді алудың жалғыз тәсілі, оларды жасанды синтездеу болып табылады. Бұл қосылыстар көптеген жылдар бойы әртүрлi елдердiң зертханаларында олардың пайда болу шартарын, құрылымдарын, қасиеттерін және мүмкін болған қолдану аймақтарын анықтау үшін қарқынды зерттелді. Жеке алғанда бірталай фуллерендер графиттік электродтарда доғалық разряд кезінде пайда болған күйенің құрамында болады, оларды бастапқы уақытта жай ғана байқамады. Фуллерендердің доғада пайда болу механизмі казіргі уақытқа дейін анықталмай келеді, өйткені доғаның жану аймағында жүретін процесстер термодинамикалық тұрақсыз болады, бұл олардың теориялық қарастыруларын өте күрделендіреді. Фуллерендер көміртектің жеке атомдарынан жиналатындығы (немесе С2-дiң фрагменттерінен) бұлтартпайтын дәлелдермен анықталды. Фуллерендерді алу үшін қондырғылар санының жылдам артуы және оларды тазарту әдістерін жақсарту мақсатында атқарылған тұрақты жұмыстар олардың С60 бағасының айтарлықтай төмендеуіне алып келді. Соңғы 17 жылдың ішінде бір граммының бағасы 10000$ -дан 10-15$ -ға дейін төмендеді. Көп зерттеушiлер фуллерендердің бағасын төмендету, электр доғасы әдiсімен алынған, бір граммы бірнеше доллардан төмендетуге қол жеткізе алмаймыз. Сондықтан бір қатар зерттеушiлер топтарының күштері фуллерендерді алудың альтернативті әдiстерiн iздестiруге бағытталды. Бұл салада Мицубиси фирмасы айтарлықтай табыстарға қол жеткізді, олар фуллерендерді көміртек-сутек жалынында жағу әдісімен өнеркәсіптік шығарудың жұмыстарын жолға қойды. Бұндай фуллерендердың бағасы шамамен 5$/грамм (2005 жылы) құрайды, ол электр доғалық фуллерендердің құнына ешқандай ықпалын тигiзбейді. Фуллерендердің және олардың кристалдарының қасиеттері және құрылымдары. Бөлме температурасында С60 кристалы ЖОК (ГЦК) торына 1,415нм тұрақтысымен ие, бірақта температураның төмендеуі кезінде бірінші тектік фазалық өтулер болады (Ткр≈260 К) және С60 кристалы өзінің құрылымын қарапайым куб түріне (тор тұрақтысы 10411нм) ауыстырады. Т > Ткр температурада С60 молекулалары өзінің тепе-теңдік орталығы төңірегінде тәртіпсіз айналады, оны сыни температураға дейін төмендеткенде екі айлану өсі тоқтайды. Айналудың толық тоқтауы 165 К -де іске асады. С70 - кристалдық құрылымы. Айналдыруды толық қатырып тастау 165 К температурада орын алады. С70 кристалдық құрылысы бөлме температурасы шамасында гексагональдық фазаның көп емес қоспасы бар ОЦК торын береді. Фуллереннің молекулалық кристалы тыйым салынған аймағының ені ~1.5 эВ болатын жартылай өткізгіш болып табылады және оның қасиеттері негізінен басқа жартылай өткізгіштердің қасиеттеріне ұқсас. Сондықтанда бірқатар зерттеулер фуллерендерді жаңа материал ретінде электроникадағы дәстүрлі қосымшалар сияқты қолдану деген сұрақпен байланысты болды: диод, транзистор, фотоэлемент және т.б. Мұндағы олардың дәстүрлі кремниймен салыстыра қарағандағы басты айырмашылығы фотокликтің аз уақыты (нс бірліктері). Бірақ айтарлықтай кемшілігі фуллереннің қабықшасының өткізгіштігіне оттегінің әсері болып табылады және, сәйкесінше, қорғаныш қабаттың керектігі пайда болады. Бұл жағдайда фуллереннің молекуласын өзіндік наноөлшемді құрылғы ретінде қолданудың болшақ тиімділігі артығырақ, жекелеген жағдайда қарстырсақ, күшейткіш элемент ретінде. Ультракүлгінді және қысқатолқынды көрінетін (>2 эВ) сәулелендірудің арқасында фуллерендер полимеризацияланады және мұндай түрде ол органикалық еріткіштермен ерімейді. Фуллерендік фоторезисторды қолданудың суреттемесі ретінде полиме-резеңкелік қабыршақтан С60 жасалған масканы қолдану арқылы кремнийдің электрондық шоғымен улану кезіндегі субмикрондық рұқсатты (≈20 нм) алуды мысал ретінде келтіруге болады. Қорытынды. Фуллерендердің қолданылуы. Тәжірибелік қолданылуының қызықты мүмкіндігі фуллерендік қоспаны CVD-әдісімен (Chemical Vapor Deposition) алмаздық қабықтың өсуі кезінде қолданылуы болып табылады. Фуллерендерді газдық фазаға қосу екі қөзқарас тұрғысынан тиімді: ішкі қабықшадағы алмаз ядроларының құрылу жылдамдығын көбейту және ішкі қабықшаға газдық фазадан құрылыс блоктарын жеткізу. Құрылыс блоктары ретінде алмаздық қабықшаның өсуі үшін қолайлы материал болып табылатын С2 фрагменттері қолданылады.(выступают) Алмаздық қабықшаның өсу жылдамдығы 0.6 мкм/сағ-қа жететіні тәжірибелік тұрғыдан дәлелденген және ол фуллерендерді қолданбаудан 5 есе жоғары болып табылады.Алмаздардың электроникадағы басқа жартылайөткізгіштермен шынайы бәсекелестігі үшін алмаздық қабықшалардың гетероэпитаксиясы әдісін жасау керек болып табылады, бірақ алмаздық емес ішкі қабықшасындағы монокристалдардың қабықшаларының өсуі әзірге шешілмеген есеп болып қалып отыр. Бұл мәселені шешудің мүмкін болатын жолдардың бірі – ішкі қабықша мен алмаздардың қабықшасының арасында фуллерендердің аралық (дәнекер) қабықшасын қолдану. Бұл бағыттағы зерттеулердің алғышарты фуллерендердің көпшілік материалдарға жақсы адгезиясы болып табылады. Аталып өтілген жағдайлар келесі деңгейдегі микроэлектроникада алмаздардың қолданылу пәніне интенсивтік зерттеулермен байланысты ереше маңызды болып табылады. Жоғары жылдамәрекет (жоғары қаныққан дрейфтік жылдамдық); басқа кез келген белгілі материалдармен салыстырғанда максимальды, жылуөткізгіштік және химиялық тұрақтылығы келесі деңгейдегі электроника үшін алмаздарды болшағы бар материал ретінде көрсетеді. Қолданылған әдебиеттер Алферов Ж.И., Копьев П.С., Сурис Р.А. и др. Наноматериалы и нанотехнологии. // Нано- и микросистемная техника. 2003. №8. С.3-13. Алымов М.И., Зеленский В.А. Методы получения и физико-механические свойства объемных нанокристаллических материалов. М.: МИФИ, 2005.-52 c. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. Уч. пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 117 с. Балоян Б.М. , Колмаков А.Г. , Алымов М.И., Кротов А.М. Наноматериалы Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения. М.: МИСИС, 2007.- 343 с. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. – М.: Логос, 2000. – 272 с. Виноградов А.Ю., Хасимото С. Усталовсть мелкозернистых материалов, полученных равноканальным угловым прессованием // Металлы, №1, 2004ю- С. 51-62. жүктеу/скачать 466,74 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|